JP7205677B1 - ワイヤレス給電システム - Google Patents

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Abstract

ワイヤレス給電システム(100A,100B)は、複数の送電部(10)および受電部(13)を含む。複数の送電部(10)は、かご(2)の移動方向に並ぶように、昇降路(1)に設けられる。受電部(13)は、かご(2)に設けられる。送電装置(11)から複数の送電部(10)に電力が供給され、複数の送電部(10)から非接触で受電部(13)に電力が伝送される。受電部(13)から受電装置(14)により受け取られた電力が、負荷装置(9)に供給される。かご(2)の移動方向における受電部(13)の寸法は、かご(2)の移動方向における複数の送電部(10)の各々の寸法よりも大きい。

Description

本開示は、エレベータに用いられるワイヤレス給電システムに関する。
一般的なエレベータでは、かごに設けられた負荷に送電ケーブルを介して電力が供給される。しかしながら、高速あるいは高揚程のエレベータでは、送電ケーブルの重量が増大するため、送電ケーブルを設置することが困難になる。そこで、送電ケーブルを使用しないワイヤレス給電技術の導入が検討されている。例えば、特許文献1に記載される無線電力伝送装置は、複数の送電コイル部と、その複数の送電コイル部に対応する複数の受電コイル部とを備える。複数の受電コイル部は、複数の送電コイル部で生成される磁界と結合することにより、複数の送電コイル部から非接触で電力を受電する。
特開2017―169277号公報
しかしながら、特許文献1に開示された無線電力伝送装置では、複数の受電コイル部が、対応する複数の送電コイル部に対して、特定の位置にある場合のみ、非接触での給電が可能である。そのため、エレベータに特許文献1の無線電力伝送装置を適用した場合、給電時間を確保するためにかごの停止時間を長くする必要がある。これにより、エレベータの運行効率を低下させてしまうといった問題があった。
本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、エレベータの運行効率の低下を抑制することが可能なワイヤレス給電システムを提供することである。
本開示に係るワイヤレス給電システムは、エレベータの昇降路を移動するかごに対して非接触で電力を供給するワイヤレス給電システムであって、複数階にわたってかごの移動方向に並ぶように昇降路に設けられた複数の送電部と、複数の送電部に電力を供給する送電装置と、かごに設けられ、複数の送電部から非接触で電力が伝送される受電部と、受電部から電力を受け取る受電装置と、受電装置により受け取られた電力が供給される負荷装置と、送電装置および受電装置を制御する制御部と、を備える。かごの移動方向における受電部の寸法は、かごの移動方向における複数の送電部の各々の寸法よりも大きく、複数の送電部のうち、かごの移動方向において互いに隣り合う2つの送電部のかごの移動方向における寸法の合計と当該2つの送電部のかごの移動方向における間隔との和よりも小さい。かごの移動方向における複数の送電部の間隔は、かごの移動方向における受電部の寸法よりも小さく、かつかごの移動方向における複数の送電部の各々の寸法よりも大きい
本開示に係るワイヤレス給電システムによれば、エレベータの運行効率の低下を抑制することが可能となる。
実施の形態1に係るワイヤレス給電システムを備えたエレベータシステムの構成を示す図である。 送電コイルおよび受電コイルの構成例を示す模式的断面図である。 ワイヤレス給電システムの構成を示すブロック図である。 送電コイルと受電コイルとの位置関係の変化を表す模式的側面図である。 伝送可能電力に基づく負荷装置の制御例を示すフローチャートである。 一の送電コイルに対する受電コイルの位置の変化を示す模式的側面図である。 実施の形態2に係るワイヤレス給電システムの構成を示すブロック図である。 蓄電装置の充電量に基づく負荷装置の制御例を示すフローチャートである。 実施の形態3に係るワイヤレス給電システムに用いられる受電コイルを示す模式的斜視図である。 図9の受電コイル、およびその受電コイルと対向する送電コイルの模式的断面図である。 送電コイルおよび受電コイルのさらなる変形例を示す模式的断面図である。
以下、本開示の実施の形態に係るワイヤレス給電システムについて、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係るワイヤレス給電システムは、エレベータシステムに適用される。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るワイヤレス給電システムを備えたエレベータシステムの構成を示す図である。図1に示すように、実施の形態1におけるエレベータシステム100は、昇降路1と、かご2と、ワイヤレス給電システム100Aとを備える。昇降路1は、鉛直方向に延びるように設けられる。かご2は、昇降路1内を鉛直方向に移動可能に設けられる。以下、かご2の移動方向(鉛直方向)をかご移動方向MDと呼ぶ。なお、かご移動方向MDは、鉛直方向に限らず、鉛直方向に対して角度をなす方向であってもよい。本例では、昇降路1およびかご2がエレベータを構成する。
ワイヤレス給電システム100Aは、複数の送電ユニット3、受電ユニット4、主電源6および複数の検出回路8を含む。複数の送電ユニット3、主電源6および複数の検出回路8は、昇降路1側に設けられる。受電ユニット4は、かご2側に設けられる。ワイヤレス給電システム100Aは、エレベータの昇降路1を移動するかご2に対して非接触で電力を供給する。
複数の送電ユニット切替部15を介して、主電源6が複数の送電ユニット3と接続される。なお、本例では、主電源6が直流電源の場合について説明するが、主電源6が交流電源であってもよい。主電源6が交流電源である場合、主電源6と送電装置11との間にAC/DC変換器が設けられる。
各送電ユニット3は、複数の送電コイル10と、複数の送電コイル10に電力を供給する送電装置11と、送電装置11と各送電コイル10との間に設けられた送電コイル切替部12とを含む。送電装置11は、DC/AC変換器を含み、主電源6からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力を送電コイル10に供給する。複数の送電コイル10は、かご移動方向MDに並ぶように昇降路1の壁面に配置される。送電コイル10は、請求項における送電部に相当する。各送電ユニット3に備えられる送電コイル10の総数は、一定である必要はなく、昇降路1の機種もしくは高さ、または設置場所等に応じて適宜調整されてもよい。
複数の検出回路8は、複数の送電コイル10にそれぞれ対応するように設けられる。各検出回路8は、対応する送電コイル10に流れる電流を検出する。
受電ユニット4は、送電コイル10と対向するかご2の面に設けられた受電コイル13と、当該受電コイル13から電力を受け取る受電装置14とを含む。受電コイル13は、かご移動方向MDに延びるように長尺状に設けられる。受電コイル13は、請求項における受電部に相当する。かご移動方向MDにおける受電コイル13の寸法(以下、受電コイル13の長さと呼ぶ。)は、かご移動方向MDにおける各送電コイル10の寸法(以下、送電コイル10の長さと呼ぶ。)よりも大きく設定される。図1の例では、送電コイル10および受電コイル13がそれぞれ矩形状を有するが、送電コイル10および受電コイル13の形状はこれに限定されず、円形状、六角形状等を有してもよい。
図2は、送電コイル10および受電コイル13の構成例を示す模式的断面図である。図2の断面は、かご移動方向MDに対して垂直な断面である。図2の例では、送電コイル10は、巻線10Aと磁性材10Bとの二層構造を有する。同様に、受電コイル13は、巻線13Aと磁性材13Bとの二層構造を有する。送電コイル10および受電コイル13は、巻線10Aと巻線13Aとが互いに向き合うようにそれぞれ配置される。なお、磁性材10B,13Bは必須ではなく、送電コイル10と受電コイル13との磁界結合が可能であれば、磁性材10B,13Bの一方または両方が用いられなくてもよい。
図3は、ワイヤレス給電システム100Aの構成を示すブロック図である。図3に示すように、ワイヤレス給電システム100Aは、制御部50および負荷装置9をさらに備える。制御部50は、制御盤5および制御装置7を含む。制御盤5および制御装置7の各々は、例えば、処理装置(プロセッサ)および記憶装置(メモリ)を含む。
制御盤5は、エレベータシステム100の全体の動作を制御する。制御盤5は、例えば、ビルの屋上に設けられた機械室に設置される。なお、制御盤5は、昇降路1の壁面に設置されてもよい。また、複数の制御盤5が設けられてもよい。
各送電ユニット切替部15は、制御盤5により制御され、主電源6と各送電ユニット3とを電気的に接続する接続状態と、主電源6と各送電ユニット3とを電気的に切り離す切断状態とに切り替えられる。
制御装置7は、制御盤5と無線または有線により通信可能であり、各送電ユニット3の送電装置11および送電コイル切替部12を制御するとともに、負荷装置9を制御する。制御装置7と制御盤5との間で伝送される信号は、アナログ信号およびデジタル信号のいずれの信号であってもよい。
各送電ユニット3の送電コイル切替部12は、制御装置7により、対応する送電コイル10と送電装置11とを電気的に接続する接続状態と、対応する送電コイル10と送電装置11とを電気的に切り離す切断状態とに切り替えられる。
送電ユニット切替部15により主電源6と電気的に接続された送電ユニット3には、主電源6から電力が供給される。その送電ユニット3において、送電コイル切替部12により送電装置11と電気的に接続された送電コイル10に、送電装置11から電力が供給される。電力が供給された送電コイル10と、受電コイル13とが互いに対向する状態で、送電コイル10から受電コイル13に非接触で電力が伝送される。
本実施の形態では、送電コイル10から受電コイル13に非接触で電力を伝送する非接触給電方式として、電磁誘導方式が用いられるが、非接触給電方式として、電磁誘導方式の代わりに、電界共鳴方式などの他の方式が用いられてもよい。非接触給電方式として電界共鳴方式が用いられる場合、送電部として送電コイル10の代わりに送電電極が用いられ、受電部として受電コイル13の代わりに受電電極が用いられる。この場合、かご移動方向MDにおける受電電極の寸法がかご移動方向MDにおける送電電極の寸法よりも大きく設定される。
受電コイル13に伝送された電力は、受電装置14により受け取られ、かご2に設けられた負荷装置9に供給される。負荷装置9は、例えば、かご2内の照明および空気調和装置などである。
各検出回路8は、対応する送電コイル10に流れる電流を検出し、検出した電流の大きさを表す電流情報を制御装置7に与える。
かご2に設けられる構成要素と、昇降路1等のかご2以外に設けられる構成要素との間の通信は、無線であることが好ましい。例えば、検出回路8が昇降路1に設けられる場合、検出回路8は、電流情報を無線で制御装置7に送信することが好ましい。また、制御装置7は、無線により各送電ユニット3および負荷装置9を制御することが好ましい。
本例では、複数の送電ユニット3に対して1つの制御装置7が設けられるが、複数の送電ユニット3にそれぞれ対応する複数の制御装置7が設けられてもよい。本例では、エレベータシステム100の全体を制御する制御盤5とは別個に、各送電ユニット3を制御する制御装置7が設けられているが、制御装置7の一部または全部の機能を制御盤5が有してもよく、逆に制御盤5の一部または全部の機能を各制御装置7が有してもよい。また、制御盤5および制御装置7が1つの制御部50として一体的に設けられてもよい。
制御盤5、制御装置7、送電ユニット3および受電ユニット4の設置場所は、特に限定されず、同様の機能および効果が発揮できる範囲で、適宜変更されてもよい。
上記のように、本実施の形態では、受電コイル13の長さが、送電コイル10の長さよりも大きく設定される。これにより、かご2が移動しても、各送電コイル10に対して受電コイル13が一定時間対向する。したがって、かご2が特定の位置にある場合だけでなく、かご2を移動させながら、送電ユニット3から受電ユニット4に給電することが可能となる。その結果、エレベータの運行効率の低下を抑制することができる。
また、送電コイル10の長さでなく受電コイル13の長さが大きいことにより、送電コイル10を大型化させることなく、かご2の移動中でも送電ユニット3から受電ユニット4への給電が可能となる。かご2の移動中に送電ユニット3から受電ユニット4に給電する手段として、送電コイル10の長さを大きくすることも考えられるが、その場合には昇降路1の高さ方向に大きな送電コイル10を複数設置することになるので、メンテナンスに要する時間およびコストが増大する。それに対して、受電コイル13はかご2に設けられ、その数は限られるので(本例では1つ)、受電コイル13の長さが大きくても、設置コストの増大およびメンテナンスに要する時間およびコストの増大を抑制することができる。
かご移動方向MDにおける複数の送電コイル10の間隔は、受電コイル13の長さよりも小さく設定されることが好ましい。そのように設定された場合、かご2がいずれの位置にあっても、少なくとも1つの送電コイル10が受電コイル13と対向する。それにより、かご2の位置によらずに常時送電コイル10から受電コイル13に電力を伝送することができる。その結果、かご2を移動させながら継続的に負荷装置9に電力を供給することができ、エレベータの運行効率をさらに高めることができる。
複数の送電コイル10は、かご2の移動方向に等間隔に並ぶように配置されてもよい。例えば、複数の送電コイル10のうち、最も低い位置の送電コイル10は、かご2が最下階に停止したときに受電コイル13と対向するように設けられる。複数の送電コイル10のうち、最も高い位置の送電コイル10は、かご2が最上階に停止したときに受電コイル13と対向するように設けられる。これらの送電コイル10の間に、受電コイル13の長さよりも小さい一定の間隔で複数の送電コイル10が設けられる。
次に、制御盤5および制御装置7による送電ユニット切替部15および送電コイル切替部12の制御について具体的に説明する。
制御盤5および制御装置7は、かご2の現在位置を表す位置情報を取得する。位置情報は、例えば、図示しない位置情報検出部により取得される。あるいは、制御装置7が、検出回路8からの電流情報に基づいて位置情報を取得し、その位置情報をリアルタイムで制御盤5に与えてもよい。
制御盤5は、位置情報に基づいて、受電コイル13と対向している送電コイル10を含む送電ユニット3に主電源6から電力が供給されるように、送電ユニット切替部15を制御する。
制御装置7は、位置情報に基づいて、主電源6と接続された送電ユニット3の複数の送電コイル10のうち、受電コイル13と対向している送電コイル10が送電装置11と接続されるように、送電コイル切替部12を制御する。また、制御装置7は、受電コイル13と対向している送電コイル10から受電コイル13に電力が伝送されるように、送電装置11を制御する。
図4は、送電コイル10と受電コイル13との位置関係の変化を表す模式的側面図である。図4においては、複数の送電ユニット3、複数の送電装置11、および複数の送電コイル10をそれぞれ区別するため、互いに異なる2つの送電ユニット3を送電ユニット3a,3bと表記し、互いに異なる2つの送電装置11を送電装置11a,11bとそれぞれ表記し、互いに異なる4つの送電コイル10を送電コイル10a,10b,10c,10dとそれぞれ表記する。
送電ユニット3a,3bは上下に隣り合うように配置される。送電ユニット3aは送電コイル10a,10b,10cおよび送電装置11aを含み、送電ユニット3bは送電コイル10dおよび送電装置11bを含む。送電コイル10a,10b,10cは、送電ユニット3aが含む複数の送電コイル10のうち、最も低い位置、2番目に低い位置、および最も高い位置にある送電コイル10にそれぞれ相当する。送電コイル10dは、送電ユニット3bが含む複数の送電コイル10のうち、最も低い位置にある送電コイル10に相当する。
図4(a)の例では、受電コイル13が、送電コイル10aと対向している。この場合、主電源6から送電ユニット3aに電力が供給されるように、制御盤5は、対応する送電ユニット切替部15を接続状態に制御する。また、送電コイル10aが送電装置11aと接続されるように、制御装置7は、対応する送電コイル切替部12を接続状態に制御する。この状態で、制御装置7は、送電コイル10aから受電コイル13に電力が伝送されるように、送電装置11aを制御する。
図4(b)の例では、受電コイル13が、共通の送電ユニット3aに含まれかつ互いに隣り合う送電コイル10a,10bと対向している。この場合、主電源6から送電ユニット3aに電力が供給されるように、制御盤5は、対応する送電ユニット切替部15を接続状態に制御する。また、送電コイル10a,10bが送電装置11aとそれぞれ接続されるように、制御装置7は、対応する2つの送電コイル切替部12をそれぞれ接続状態に制御する。この状態で、制御装置7は、送電コイル10a,10bから受電コイル13に電力が伝送されるように、送電装置11aを制御する。
図4(c)の例では、受電コイル13が、互いに異なる送電ユニット3a,3bにそれぞれ含まれかつ互いに隣り合う送電コイル10c,10dと対向している。この場合、主電源6から送電ユニット3a,3bの各々に電力が供給されるように、制御盤5は、対応する2つの送電ユニット切替部15を接続状態に制御する。また、送電コイル10c,10dが送電装置11a,11bとそれぞれ接続されるように、制御装置7は、対応する2つの送電コイル切替部12をそれぞれ接続状態に制御する。この状態で、制御装置7は、送電コイル10c,10dから受電コイル13に電力が伝送されるように、送電装置11a,11bを制御する。
ここで、かご2の位置が変化すると、1つまたは複数の送電コイル10から受電コイル13に伝送可能な電力(以下、伝送可能電力と呼ぶ。)が変化する。例えば、かご2の移動中に、受電コイル13と対向する送電コイル10の数が変わると、伝送可能電力が変化する。かご2の移動に伴って伝送可能電力が変化し、負荷装置9が必要とする電力(以下、必要電力と呼ぶ。)よりも伝送可能電力が低くなると、負荷装置9に十分な電力を供給することができず、負荷装置9の動作が不安定になる。そこで、制御盤5または制御装置7は、伝送可能電力に基づいて負荷装置9を制御し、負荷装置9の必要電力を調整してもよい。
伝送可能電力は、受電コイル13に対する送電コイル10の電気的特性に依存する。受電コイル13に対する各送電コイル10の電気的特性は、例えば、各送電コイル10に流れる電流、各送電装置11から負荷装置9をみたインピーダンス、または各送電コイル10と受電コイル13との間の結合係数等のパラメータ(以下、送電パラメータと呼ぶ。)で決まる。そのため、各送電コイル10に関する送電パラメータに基づいて、伝送可能電力を算出することができる。
以下、各送電コイル10の伝送可能電力に基づいて、負荷装置9を制御する例を説明する。図5は、伝送可能電力に基づく負荷装置9の制御例を示すフローチャートである。本例では、検出回路8からの電流情報が送電パラメータとして用いられる。
以下の説明では、制御盤5の制御動作と制御装置7の制御動作とを区別せず、制御部50の制御動作として説明する。以下の制御動作は、制御盤5と制御装置7とが互いに連携して行ってもよいし、制御盤5または制御装置7が単独でおこなってもよい。
制御部50は、以下の処理を一定の周期で繰り返す。まず、制御部50は、検出回路8からの電流情報に基づいて、現時点での伝送可能電力を算出する(ステップS1)。この場合、制御部50は、予め定められた数式またはマップ等を用いて、送電パラメータから伝送可能電力を算出することができる。
なお、かご2の現在位置からおおよその伝送可能電力を求めることもできる。そこで、制御部50は、送電パラメータ(電流情報)の代わりに、位置情報に基づいて、伝送可能電力を算出してもよい。例えば、かご2の位置と伝送可能電力との関係を表すマップが予め用意され、そのマップを用いて、位置情報から伝送可能電力が算出される。
次に、制御部50は、負荷装置9の必要電力を取得する(ステップS2)。例えば、制御部50は、図示しない検出部により負荷装置9の消費電力を検出する。負荷装置9が安定的に動作している場合、現時点での消費電力は、現時点での必要電力とみなすことができる。なお、空調の設定温度等の負荷装置9の動作に関する情報に基づいて必要電力が算出されてもよい。
次に、制御部50は、ステップS1で算出した伝送可能電力が、ステップS2で算出した必要電力よりも大きいか否かを判定する(ステップS3)。伝送可能電力が必要電力以下である大きい場合、制御部50は、後述のステップS7の処理を行う。伝送可能電力が必要電力よりも大きい場合、制御部50は、ステップS1で算出した伝送可能電力と、ステップS2で取得した必要電力との差分値を算出する(ステップS4)。次に、制御部50は、ステップS4で算出した差分値が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する(ステップS5)。
差分値が閾値以上である場合、伝送可能電力が必要電力に対して余裕がある。そのため、制御部50は、負荷装置9の必要電力が維持されるように、負荷装置9の動作を現状のまま維持する(ステップS6)。差分値が閾値より小さい場合、伝送可能電力が必要電力と近づいている。その場合、制御部50は、負荷装置9の必要電力が低減されるように負荷装置9を制御する(ステップS7)。例えば、負荷装置9が空調である場合、必要電力は、空調の強度または設定温度等に依存するので、制御部50は、必要電力が低減されるように、空調の強度または設定温度を変更する。あるいは、負荷装置9の動作モードが「冷房」から「送風」または「停止」等に切り替えられることで、空調の必要電力が低減されてもよい。ステップS6において負荷装置9の必要電力が低減された後、再び伝送可能電力が十分に大きくなると、負荷装置9の動作が元の状態に戻されてもよい。
このようにして、負荷装置9の必要電力に対して伝送可能電力が十分に大きい場合には、負荷装置9の動作が維持され、負荷装置9の必要電力に伝送可能電力が近づくと、予め負荷装置9の必要電力が低減される。これにより、伝送可能電力が負荷装置9の必要電力を下回ることが防止される。
また、仮に伝送可能電力が必要電力以下になった場合(ステップS3でNOの場合)、ステップS7において、負荷装置9の必要電力が低減される。それにより、伝送可能電力が必要電力よりも大きい状態に早期に復帰させることができる。
なお、図5の例では、送電パラメータから算出された伝送可能電力と必要電力との比較に基づいて、負荷装置9の必要電力が調整されるが、必ずしも伝送可能電力が算出されなくてもよい。例えば、必要電力に基づいて送電パラメータに対応する閾値が定められ、ステップS1で取得された送電パラメータと、設定された閾値との比較に基づいて、負荷装置9の必要電力が調整されてもよい。上記のように、伝送可能電力と送電パラメータとの間には相関性があるので、直接的に伝送可能電力が用いられなくても、送電パラメータが用いられることで、実質的には伝送可能電力が用いられる場合と同様の制御が可能となる。
制御部50は、受電コイル13に対向する送電コイル10の数に基づいて、負荷装置9の必要電力を調整してもよい。例えば、受電コイル13に対向する送電コイル10の数が変化すると、伝送可能電力が変化する可能性がある。そこで、制御部50は、受電コイル13に対向する送電コイル10の数に応じて、負荷装置9の必要電力が異なるように、負荷装置9を制御してもよい。受電コイル13に対向する送電コイル10の数は、位置情報または送電パラメータに基づいて判定することができる。
例えば、図4(b)または図4(c)の例のように、受電コイル13に対向する送電コイル10の数が2つの場合には、図4(a)の例のように、受電コイル13に対向する送電コイル10の数が1つの場合に比べて、負荷装置9の必要電力が異なる値に調整される。これにより、受電コイル13に対向する送電コイル10の数が変化した際に、伝送可能電力が負荷装置9の必要電力を下回ることが防止される。
また、図4(b)の例と図4(c)の例のように、受電コイル13に対向する複数の送電コイル10が、同じ送電装置11に接続されているか、異なる送電装置11に接続されているかで、伝送可能電力が異なることもある。その場合、制御部50は、受電コイル13に対向する複数の送電コイル10が、同じ送電装置11に接続されているか、または異なる送電装置11に接続されているかに応じて、負荷装置9の必要電力を変化させてもよい。
また、制御部50は、伝送可能電力および受電コイル13に対向する送電コイル10の数の両方に基づいて、負荷装置9を制御してもよい。例えば、受電コイル13に対向する送電コイル10の数が1つの場合に、伝送可能電力と必要電力との差分値が閾値よりも小さくなると、負荷装置9の必要電力が現状よりも低い第1の値に調整される。受電コイル13に対向する送電コイル10の数が2つの場合に、伝送可能電力と必要電力との差分値が閾値よりも小さくなると、負荷装置9の必要電力が第1の値と異なる第2の値に調整される。
同様に、制御部50は、受電コイル13に対向する複数の送電コイル10が、同じ送電装置11に接続されているか、または異なる送電装置11に接続されているかに応じて、必要電力を調整しつつ、さらに伝送可能電力と必要電力との比較に基づいて、必要電力を調整してもよい。
一の送電コイル10に対する受電コイル13の位置の変化に応じて、負荷装置9の必要電力が調整されてもよい。図6は、一の送電コイル10に対する受電コイル13の位置の変化を示す模式的側面図である。図6(a)、図6(b)、図6(c)、図6(d)、図6(e)の順に、かご2が徐々に上昇する。それにより、一の送電コイル10に対して、受電コイル13の位置が徐々に高くなる。
図6(a)の例では、受電コイル13が送電コイル10の下端部のみに対向している。図6(e)の例では、受電コイル13が送電コイル10の上端部のみに対向している。このように、受電コイル13が送電コイル10の一部のみに対向している状態(以下、第1の対向状態と呼ぶ。)では、受電コイル13と送電コイル10との結合係数は低く、伝送可能電力が小さい。
図6(b)および図6(d)の例では、受電コイル13が送電コイル10の全体に対向している。さらに、図6(b)の例では、受電コイル13の上端が送電コイル10の上端と同じ高さにあり、図6(d)の例では、受電コイル13の下端が送電コイル10の下端と同じ高さにある。このように、受電コイル13が送電コイル10の全体に対向し、かつ受電コイル13の端部が送電コイル10の端部と近接している状態(以下、第2の対向状態と呼ぶ。)では、受電コイル13と送電コイル10との結合係数は高く、伝送可能電力が大きい。
図6(c)の例では、受電コイル13が送電コイル10の全体に対向している。ただし、受電コイル13上端が送電コイル10の上端より高い位置にあり、受電コイル13の下端が送電コイル10の下端よりも低い位置にある。このように、受電コイル13が送電コイル10の全体に対向し、かつ受電コイル13の端部と送電コイル10の端部との間の距離が大きい状態(以下、第3の対向状態と呼ぶ。)では、受電コイル13と送電コイル10との結合係数、および伝送可能電力は、第1の対向状態と第2の対向状態との中間となる。すなわち、第3の対向状態での結合係数は、第1の対向状態と比べて高く、第2の対向状態と比べて低い。また、第3の状態での伝送可能電力は、第1の対向状態と比べて大きく、第2の対向状態と比べて小さい。
そこで、制御部50は、位置情報または送電パラメータに基づいて、現時点での対向状態が、第1、第2および第3の対向状態のいずれであるか判定し、その判定結果に基づいて、負荷装置9の必要電力を調整してもよい。具体的には、第2、第3および第1の対向状態の順に、負荷装置9の必要電力が大きくなるように、負荷装置9が制御される。例えば、第2、第3および第1の対向状態の順に、空調の強度が高く調整されてもよい。
また、かご2の移動中において、受電コイル10に給電する送電コイル10が切り替わる際に、瞬時的に伝送可能電力が低下することがある。そこで、かご2の移動中に、位置情報または送電パラメータに基づいて、受電コイル10に給電する送電コイル10が切り替えられる前に、負荷装置9の必要電力が予め低く調整されてもよい。例えば、位置情報に基づいて、次に送電コイル10が切り替わるまでの時間が予測され、その時間が閾値以下になると、負荷装置9の必要電力が低くなるように、負荷装置9が制御される。これにより、送電コイル10の切り替わり時に、負荷装置9の動作が不安定になることが防止される。
また、上記のように、受電コイル13の長さが大きく設定され、かつ少なくとも1つの送電コイル10が受電コイル13と対向するように、複数の送電コイル10が設けられることで、継続的に受電コイル13を通して負荷装置9に給電することができる。その場合に、伝送可能電力等に基づいて負荷装置9の必要電力が調整されることで、負荷装置9を継続的にかつ安定的に動作させることができる。その結果、かご2の乗員に対するサービスを高く維持することができる。
実施の形態2.
本開示の実施の形態2に係るワイヤレス給電システムについて、上記実施の形態1と異なる点を中心に説明する。図7は、実施の形態2に係るワイヤレス給電システム100Bの構成を示すブロック図である。
実施の形態2に係るワイヤレス給電システム100Bは、ワイヤレス給電システム100Aの構成に加えて、充放電回路16および蓄電装置17をさらに備える。充放電回路16および蓄電装置17は、かご2に設けられる。蓄電装置17は、例えばリチウムイオン電池であり、充電および放電が可能に構成される。蓄電装置17は、充電および放電が可能であれば、リチウムイオン電池に限らず、鉛蓄電池または電解コンデンサ等であってもよい。
蓄電装置17は、充放電回路16を介して、受電装置14の出力端子および負荷装置9の入力端子に接続される。充放電回路16は、受電装置14から出力される電力を蓄電装置17に与えることにより蓄電装置17を充電する。また、充放電回路16は、蓄電装置17を放電させることにより、蓄電装置17から負荷装置19に電力を与える。
制御部50(制御盤5または制御装置7)は、伝送可能電力が負荷装置9の必要電力よりも大きい場合、送電コイル10から受電コイル13に伝送された電力の一部が蓄電装置17に与えられるように、充放電回路16を制御する。また、制御部50は、伝送可能電力が負荷装置9の必要電力よりも小さい場合、蓄電装置17から負荷装置9に電力が与えられるように、充放電回路16を制御する。このようにして、伝送可能電力が十分に大きい場合に、余剰の電力が蓄電装置17に蓄えられ、伝送可能電力が不足する場合に、その不足分が蓄電装置17に蓄えられた電力で補われる。これにより、かご2の移動に伴って伝送可能電力が変化しても、負荷装置9の消費電力を大きく変化させることなく、負荷装置9を継続的に動作させることができる。それにより、負荷装置9をより安定的に動作させることができる。
また、複数の送電コイル10の間隔が受電コイル13の長さよりも大きい場合、すなわち、受電コイル13がいずれの送電コイル10とも対向しない期間がある場合でも、蓄電装置17から負荷装置9に電力が供給されることにより、負荷装置9を安定的に動作させることができる。それにより、エレベータの運行効率の低下が抑制されるとともに、送電コイル10の数を削減することができ、設置コストの増大およびメンテナンスに要する時間およびコストの増大を抑制することができる。
ただし、蓄電装置17の充電量が十分でないと、負荷装置9に十分な電力を供給することができない場合が生じ得る。そこで、制御部50は、蓄電装置17の充電量を常時監視(検出)し、蓄電装置17の充電量に基づいて、負荷装置9の必要電力を調整してもよい。
図8は、蓄電装置17の充電量に基づく負荷装置9の制御例を示すフローチャートである。図8の制御例について、図5の制御例と異なる点を説明する。
図8の例では、ステップS3で伝送可能電力が必要電力以下である場合、またはステップS5で伝送可能電力と必要電力との差分値が閾値よりも小さい場合、制御部50は、蓄電装置17の充電量に基づいて、蓄電装置17から負荷装置9に伝送可能な電力(以下、放電可能電力と呼ぶ。)を算出する(ステップS11)。
次に、制御部50は、ステップS1で算出した伝送可能電力と、ステップS11で算出した放電可能電力との合計値を算出する(ステップS12)。次に、制御部50は、算出した合計値が、上記の閾値以上であるか否かを判定する(ステップS13)。なお、ステップS5とステップS13における閾値は異なる値に設定されていてもよい。
合計値が閾値以上である場合、伝送可能電力の不足分を蓄電装置17からの放電電力で十分に補うことができる。そこで、合計値が閾値以上である場合、制御部50は、負荷装置9の必要電力が維持されるように、負荷装置9の動作をそのまま維持する(ステップS5)。一方、合計値が閾値よりも小さい場合、伝送可能電力の不足分を蓄電装置17からの放電電力で補うことができない可能性がある。そこで、合計値が閾値よりも小さい場合、制御部50は、負荷装置9の必要電力が低減されるように、負荷装置9を制御する(ステップS6)。
このようにして、伝送可能電力および蓄電装置17の充電量に基づいて、負荷装置9の必要電力が調整されることにより、蓄電装置17の充電量が伝送可能電力の不足分を補うのに十分でない場合であっても、負荷装置9の必要電力が低減されることで、負荷装置9への供給電力が、負荷装置9の必要電力を下回ることが防止される。それにより、負荷装置9の動作が不安定になることが防止される。
なお、受電コイル13がいずれの送電コイル10とも対向しない期間がある場合には、その期間中、蓄電装置17から負荷装置9に継続的に電力を供給する必要がある。その期間に必要な電力は、かご2内の乗員数、行先階、または運行時間帯等に依存する。そのため、かご2内の乗員数、行先階、または運行時間帯等に基づいて、負荷装置9の必要電力が調整されてもよい。
実施の形態3.
本開示の実施の形態3に係るワイヤレス給電システムについて、上記実施の形態1と異なる点を説明する。実施の形態3に係るワイヤレス給電システムは、図1の受電コイル13の代わりに、以下に示す受電コイル130を含む。図9は、かご2に設けられた受電コイル130を示す模式的斜視図である。
図9の受電コイル130は、平面部131および一対の突出部132を有する。平面部131は、図1の受電コイル13と同様の構成を有し、かご移動方向MDに延びるように長尺状に設けられる。一対の突出部132は、かご移動方向MDに沿った平面部131の一対の側辺から送電コイル10側に一定幅だけ突出するように設けられる。
図10は、図9の受電コイル130、およびその受電コイル130と対向する送電コイル10の模式的断面図である。図10の断面は、かご移動方向MDと垂直な方向における断面である。図10に示すように、受電コイル130は、巻線130Aおよび磁性材130Bを含む。平面部131は、巻線130Aと磁性材130Bとの二層構造を有する。一方、各突出部132は、磁性材130Bからなる。
受電コイル130と送電コイル10とが互いに対向する状態では、一対の突出部132の間に送電コイル10が位置する。すなわち、かご移動方向MDに対して垂直な第1の方向D1において、平面部131の幅は、送電コイル10の幅よりも大きい。ここで、第1の方向D1は、送電コイル10に向けられた平面部131の面、および受電コイル130に向けられた送電コイル10の面に平行である。かご移動方向MDに対して垂直でかつ第1の方向D1に対して垂直な第2の方向D2において、突出部132の幅は、平面部131と送電コイル10との間の距離よりも大きい。これにより、かご2の移動中には、送電コイル10が、平面部131に対向しつつ、一対の突出部132との間を通って移動する。
本実施の形態では、受電コイル130において平面部131から送電コイル10側に突出するように突出部132が設けられることにより、図1の受電コイル13が用いられる場合と比べて、送電コイル10と受電コイル130との間の磁束密度が高まり、送電コイル10と受電コイル130との間の結合係数が大きくなる。それにより、実施の形態1と比べて、送電コイル10から受電コイル130への伝送可能電力が増大する。その結果、負荷装置9に安定的に電力を供給することが可能となり、負荷装置9を安定的に動作させることが可能となる。また、負荷装置9を幅広い消費電力に対応させることが可能になるので、かご2の乗員に対するサービスを向上させることが可能となる。
図11は、送電コイル10および受電コイル13のさらなる変形例を示す模式的断面図である。図1の送電コイル10および受電コイル13の代わりに、図11の送電コイル140および受電コイル150が用いられてもよい。図11の送電コイル140および受電コイル150について、図10の送電コイル10および受電コイル130と異なる点を説明する。
図11の送電コイル140は、巻線10Aを有し、磁性材10Bを有さない。送電コイル140は、一対の近接部141および一対の連結部142を有する。図11においては、一対の連結部142のうち一方のみが示される。一対の近接部141は、第1の方向において互いに離間し、一対の連結部142を介して互いに連結される。第2の方向D2において、一対の連結部142は、一対の近接部141よりもかご2から遠い位置に設けられる。
受電コイル150は、一対の突出部132の代わりに1つの突出部151を有する。突出部151は、第1の方向D1における平面部131の中心部から、送電コイル140側に突出するように設けられる。突出部151は磁性材130Bからなり、巻線130Aに設けられる孔部152を通って送電コイル140側に突出する。
第2の方向D2における近接部141と平面部131との距離は、第2の方向D2における突出部151の幅よりも小さい。かご2の移動中には、送電コイル140の一対の近接部141の間を受電コイル150の突出部151が通り、かつ第2の方向D2において各近接部141が受電コイル150の巻線130Aとそれぞれ対向する。
図11の送電コイル140および受電コイル150が用いられた場合においても、図1の送電コイル10および受電コイル13が用いられる場合と比べて、送電コイル140と受電コイル150との間の磁束密度が高まり、送電コイル140と受電コイル150との間の結合係数が大きくなる。それにより、実施の形態1と比べて、送電コイル140から受電コイル150への伝送可能電力が増大する。その結果、負荷装置9に安定的に電力を供給することが可能となり、負荷装置9を安定的に動作させることが可能となる。また、負荷装置9を幅広い消費電力に対応させることが可能になるので、かご2の乗員に対するサービスを向上させることが可能となる。
本実施の形態における受電コイル130、または送電コイル140および受電コイル150が、第2の実施の形態に係るワイヤレス給電システムに用いられてもよい。受電コイル130、または送電コイル140および受電コイル150が用いられることにより、伝送可能電力が増大するので、余剰の電力が発生しやすい。そのため、蓄電装置17に十分な電力を蓄えることが可能となる。したがって、伝送可能電力が負荷装置9の必要電力を下回ることがあっても、蓄電装置17から負荷装置9に電力を供給することで、負荷装置9を安定的に動作させることができる。
他の実施の形態.
上記実施の形態では、かご2に1つの受電部(受電コイル10,130,150)のみが設けられるが、本発明はこれに限らず、かご2に複数の受電部が設けられてもよい。複数の受電部は上下に並ぶように設けられてもよく、横方向に並ぶように設けられてもよい。また、複数の受電部がかご2の異なる面に設けられてもよい。
複数の受電部が、横方向に並ぶように設けられる場合、またはかご2の異なる面に設けられる場合、複数の送電部(送電コイル10,140)は、複数の受電部にそれぞれ対応する複数の列を形成するように設けられる。
上記実施の形態では、送電ユニット3の構成として、1つの送電装置11に対して複数の送電部が設けられるが、送電ユニット3の構成はこれに限らず、1つの送電装置11に対して1つの送電部のみが設けられてもよい。
上記実施の形態では、各送電部に関する送電パラメータとして、各送電コイル10に流れる電流が用いられるが、送電パラメータとして、各送電装置11から負荷装置9をみたインピーダンス、または各送電部と受電部との間の結合係数などの他のパラメータが用いられてもよい。この場合、該当のパラメータを検出する検出部が別途設けられ、その検出部による検出結果に基づいて、伝送可能電力が算出されてもよい。
今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示による技術的範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 昇降路
2 かご
3 送電ユニット
4 受電ユニット
5 制御盤
6 主電源
7 制御装置
8 検出回路
9 負荷装置
10,140 送電コイル
11 送電装置
12 送電コイル切替部
13,130,150 受電コイル
14 受電装置
15 送電ユニット切替部
16 充放電回路
17 蓄電装置
19 負荷装置
50 制御部
100 エレベータシステム
100A,100B ワイヤレス給電システム

Claims (13)

  1. エレベータの昇降路を移動するかごに対して非接触で電力を供給するワイヤレス給電システムであって、
    複数階にわたって前記かごの移動方向に並ぶように前記昇降路に設けられた複数の送電部と、
    前記複数の送電部に電力を供給する送電装置と、
    前記かごに設けられ、前記複数の送電部から非接触で電力が伝送される受電部と、
    前記受電部から電力を受け取る受電装置と、
    前記受電装置により受け取られた電力が供給される負荷装置と、
    前記送電装置および前記受電装置を制御する制御部と、を備え、
    前記かごの移動方向における前記受電部の寸法は、前記かごの移動方向における前記複数の送電部の各々の寸法よりも大きく、前記複数の送電部のうち前記かごの移動方向において互いに隣り合う2つの送電部の前記かごの移動方向における寸法の合計と当該2つの送電部の前記かごの移動方向における間隔との和よりも小さく、
    前記かごの移動方向における前記複数の送電部の間隔は、前記かごの移動方向における前記受電部の寸法よりも小さく、かつ前記かごの移動方向における前記複数の送電部の各々の寸法よりも大きい、ワイヤレス給電システム。
  2. 前記複数の送電部は、前記かごの移動方向に等間隔に並ぶように配置される、請求項1に記載のワイヤレス給電システム。
  3. エレベータの昇降路を移動するかごに対して非接触で電力を供給するワイヤレス給電システムであって、
    複数階にわたって前記かごの移動方向に並ぶように前記昇降路に設けられた複数の送電部と、
    前記複数の送電部に電力を供給する送電装置と、
    前記かごに設けられ、前記複数の送電部から非接触で電力が伝送される受電部と、
    前記受電部から電力を受け取る受電装置と、
    前記受電装置により受け取られた電力が供給される負荷装置と、
    前記送電装置および前記受電装置を制御する制御部と、を備え、
    前記かごの移動方向における前記受電部の寸法は、前記かごの移動方向における前記複数の送電部の各々の寸法よりも大きく、
    前記かごの移動方向における前記複数の送電部の間隔は、前記かごの移動方向における前記受電部の寸法よりも小さく、かつ前記かごの移動方向における前記複数の送電部の各々の寸法よりも大きく、
    前記制御部は、前記複数の送電部のうち一の送電部が前記受電部に対向する状態で、前記受電部に対する前記一の送電部の相対位置によって前記負荷装置の消費電力が異なるように、前記負荷装置の動作を制御する、ワイヤレス給電装置。
  4. エレベータの昇降路を移動するかごに対して非接触で電力を供給するワイヤレス給電システムであって、
    複数階にわたって前記かごの移動方向に並ぶように前記昇降路に設けられた複数の送電部と、
    前記複数の送電部に電力を供給する送電装置と、
    前記かごに設けられ、前記複数の送電部から非接触で電力が伝送される受電部と、
    前記受電部から電力を受け取る受電装置と、
    前記受電装置により受け取られた電力が供給される負荷装置と、
    前記送電装置および前記受電装置を制御する制御部と、を備え、
    前記かごの移動方向における前記受電部の寸法は、前記かごの移動方向における前記複数の送電部の各々の寸法よりも大きく、
    前記かごの移動方向における前記複数の送電部の間隔は、前記かごの移動方向における前記受電部の寸法よりも小さく、かつ前記かごの移動方向における前記複数の送電部の各々の寸法よりも大きく、
    前記制御部は、前記受電部に対向する少なくとも1つの送電部から前記受電部に伝送可能な電力が、前記負荷装置が安定的に動作するために必要な電力である前記負荷装置の必要電力を下回らないように、前記負荷装置の動作を制御する、ワイヤレス給電システム。
  5. 前記制御部は、前記受電部と対向する送電部の電気的特性を表すパラメータに基づいて、前記伝送可能な電力を算出する、請求項4に記載のワイヤレス給電システム。
  6. 前記制御部は、前記かごの現在位置を表す位置情報に基づいて、前記負荷装置の必要電力を調整する、請求項4または5に記載のワイヤレス給電システム。
  7. エレベータの昇降路を移動するかごに対して非接触で電力を供給するワイヤレス給電システムであって、
    前記かごの移動方向に並ぶように前記昇降路に設けられた複数の送電部と、
    前記複数の送電部に電力を供給する送電装置と、
    前記かごに設けられ、前記複数の送電部から非接触で電力が伝送される受電部と、
    前記受電部から電力を受け取る受電装置と、
    前記受電装置により受け取られた電力が供給される負荷装置と、
    前記送電装置および前記受電装置を制御する制御部と、を備え、
    前記かごの移動方向における前記受電部の寸法は、前記かごの移動方向における前記複数の送電部の各々の寸法よりも大きく、
    前記制御部は、前記受電部に対向する少なくとも1つの送電部から前記受電部に伝送可能な電力に基づいて、前記伝送可能な電力が前記負荷装置の必要電力を下回らないように、前記負荷装置の必要電力を調整し、
    前記制御部は、前記伝送可能な電力と前記負荷装置の必要電力との差分が閾値よりも小さい場合、前記負荷装置の必要電力が低減されるように、前記負荷装置の必要電力を調整する、ワイヤレス給電システム。
  8. エレベータの昇降路を移動するかごに対して非接触で電力を供給するワイヤレス給電システムであって、
    前記かごの移動方向に並ぶように前記昇降路に設けられた複数の送電部と、
    前記複数の送電部に電力を供給する送電装置と、
    前記かごに設けられ、前記複数の送電部から非接触で電力が伝送される受電部と、
    前記受電部から電力を受け取る受電装置と、
    前記受電装置により受け取られた電力が供給される負荷装置と、
    前記送電装置および前記受電装置を制御する制御部と、を備え、
    前記かごの移動方向における前記受電部の寸法は、前記かごの移動方向における前記複数の送電部の各々の寸法よりも大きく、
    前記制御部は、前記受電部に対向する少なくとも1つの送電部から前記受電部に伝送可能な電力に基づいて、前記伝送可能な電力が前記負荷装置の必要電力を下回らないように、前記負荷装置の必要電力を調整し、
    前記制御部は、前記受電部と対向する前記送電部の数に基づいて、前記負荷装置の必要電力を調整する、ワイヤレス給電システム。
  9. 蓄電装置と、
    前記受電装置により受け取られた電力を前記蓄電装置に与えることにより前記蓄電装置を充電し、前記蓄電装置を放電させることにより前記蓄電装置から前記負荷装置に電力を与える充放電回路と、をさらに備え、
    前記制御部は、前記伝送可能な電力に基づいて、前記充放電回路による前記蓄電装置の充電および放電を制御する、請求項4~8のいずれか一項に記載のワイヤレス給電システム。
  10. 前記制御部は、前記伝送可能な電力が前記負荷装置の必要電力よりも大きい場合、前記蓄電装置が充電され、前記伝送可能な電力が前記負荷装置の必要電力よりも小さい場合、前記蓄電装置が放電されるように、前記充放電回路を制御する、請求項9に記載のワイヤレス給電システム。
  11. エレベータの昇降路を移動するかごに対して非接触で電力を供給するワイヤレス給電システムであって、
    前記かごの移動方向に並ぶように前記昇降路に設けられた複数の送電部と、
    前記複数の送電部に電力を供給する送電装置と、
    前記かごに設けられ、前記複数の送電部から非接触で電力が伝送される受電部と、
    前記受電部から電力を受け取る受電装置と、
    前記受電装置により受け取られた電力が供給される負荷装置と、
    前記送電装置および前記受電装置を制御する制御部と、を備え、
    前記かごの移動方向における前記受電部の寸法は、前記かごの移動方向における前記複数の送電部の各々の寸法よりも大きく、
    前記受電部は、前記送電部に対向しかつ前記かごの移動方向に平行な仮想面に沿って扁平状に延びるように設けられた平面部と、前記平面部から前記送電部側に突出する一対の突出部とを含み、
    前記複数の送電部の各々は、前記受電部の前記平面部と対向した状態で、前記一対の突出部の間に位置し、前記仮想面と垂直な方向において、前記平面部から最も離れた前記複数の送電部の各々の部分が、前記一対の突出部の各々の先端よりも前記平面部に近い、ワイヤレス給電システム。
  12. エレベータの昇降路を移動するかごに対して非接触で電力を供給するワイヤレス給電システムであって、
    前記かごの移動方向に並ぶように前記昇降路に設けられた複数の送電部と、
    前記複数の送電部に電力を供給する送電装置と、
    前記かごに設けられ、前記複数の送電部から非接触で電力が伝送される受電部と、
    前記受電部から電力を受け取る受電装置と、
    前記受電装置により受け取られた電力が供給される負荷装置と、
    前記送電装置および前記受電装置を制御する制御部と、を備え、
    前記かごの移動方向における前記受電部の寸法は、前記かごの移動方向における前記複数の送電部の各々の寸法よりも大きく、
    前記受電部は、
    前記送電部に対向し、巻線が設けられた平面部と、
    前記平面部から前記送電部側に突出する突出部とを含み、
    前記複数の送電部の各々は、
    前記受電部の前記平面部と対向した状態で、前記突出部の一部を挟むように設けられた一対の近接部と、
    前記一対の近接部を連結する連結部とを含み、
    前記一対の近接部及び前記連結部によって巻線が形成された、ワイヤレス給電システム。
  13. 前記かごの移動方向における前記受電部の寸法は、
    前記かごの移動方向における前記かごの寸法と同じである、請求項1~12のいずれか一項に記載のワイヤレス給電システム。
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